Book/Report

FZJ-2018-03514

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Kalibrierung von Piezo-Stellgliedern für die Rastersondenmikroskopie

Kraus, N. (Corresponding author)FZJ*

1991
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18913

Report No.: Juel-2483

Abstract: Das 1982 von BINNIG und RORER erfundene Raster-Tunnel-Mikroskop (RTM), für das sie 1986 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurden, hat eine Entwicklung verschiedener neuer Raster-Sonden-Mikroskope eingeleitet. Mit ihrer Hilfe ist es heutzutage möglich, bis auf atomare Bereiche hinab Strukturenabzubilden, spektroskopische Daten zu erhalten und Kräfte zu messen. Das Prinzip beim RTM ist es, eine feine Spitze so nahe an eine elektrisch leitende Probe zubringen, daß ein messbarer Tunnelstrom fließt, und die Probe dann zeilenweise abzurastern. Zur Positionierung für die Spitze wird bei den meisten Raster-Sonden-Mikroskopen ein Piezo-Stellglied verwendet, welches laterale Auslenkungen im Sub-Angström-Bereich erlaubt. Diese Art von Stellgliedern besitzt aber einige nachteilige Effekte wie Hysterese-Erscheinungen und Kriechbewegungen, welche materialabhängig sind. Um genau positionieren zu können, müssen diese verschiedenen Abhängigkeiten bekannt sein. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Kalibrierung eines Piezo-Stellgliedes, beispielhaft mit dem Piezo-Röhrchen EBL#2 der Firma EBL Company aus dem Material PZT-5A. Dazu werden erst einmal Betrachtungen zur Tunnel- und zur Ansteuer-Elektronik gemacht und dazu Kennlinien aufgenommen. Es zeigt sich, daß diese innerhalb gewisser Grenzen ein gewünschtes lineares Verhalten zeigen und kaum Randeffekte aufweisen. Die Kalibrierung des Stellgliedes selbst erfolgt anhand von Proben mit genau bekannten Gitterkonstanten. Dies sind im einzelnen: die Graphit-Probe HOPG (highly oriented pyrolytic graphite) mit einer lateralen Gitterkonstante von 2.456 $\mathring{A}$, das biologische Protein HPI mit einer hexagonalen Gitterkonstante von 18 nm und die CD-Stempel-Matrix mit Pits einer Höhe von 130 nm. Die Auslenkungskonstanten der drei Raumrichtungen, die das Verhältnis von Verstellweg des Piezos zu angelegter Spannung darstellen, betragen hier nach erfolgter Kalibrierung im einzelnen für atomare Bereiche : C$_{X}$ = (5.21 ± 0 .18) nm/V ; C$_{y}$ = (7.12 ± 0.70) nm/Vfür Strukturen> 10nm: C$_{x}$ = (6.17 ± 0.34) nm/V ; C$_{y}$ = (8.07 ± 0.61) nm/V für beide Bereiche : C$_{z}$ = (3.86 ± 0.34) nm/V. Mit Hilfe dieser Konstanten ist es jetzt möglich, Aussagen über die Größenordnungen neuer Proben zu treffen. Die Länge der Spitze geht bei der Berechnung der lateralen Auslenkungskonstanten ein. Berücksichtigt man dies, so erhält man theoretische Werte, deren Größe vergleichbar mit den experimentell eiinittelten Werten ist.

---

Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

---

Database coverage:

---